LECTURE OUTLINE C++ Programming

1 Command Line Interface (CLI) 1.1 Mac OS CLI tools Installation 1.1.1 Install compiler 1.1.2 Install Homebrew package manager 1.1.3 Install CLI tools 1.1.4 Use CLI tools 1.2 Windows Subsystem for Linux (WSL) Installation 1.2.1 Install WSL 1.2.2 Start an Ubuntu Bash shell 1.2.3 Install CLI tools 1.2.4 Accessing Linux files from Windows 1.2.5 Accessing Windows files from Linux 1.2.6 Pitfalls(需要注意的隐患) 1.3 Basic Commands 1.3.1 ls: print files and directories in working directory 1.3.1 Pro-tip:* Colorize the output of ls and prompt 定制颜色 for Windows/WSL and Linux (Bash shell): 1.3.2 tree: 以树状打印directory架构 1.3.3 pwd: print working directory 1.3.4 mkdir: make directory 1.3.5 touch: create file 1.3.6 rm, rm -rf: remove 1.3.7 cd: change directory 更改工作目录 1.3.8 cp: copy and paste a file 1.3.9 open / wslview: Mac/Wsl打开文件 1.3.10 wget: 下载来自Internet的文件 1.3.11 tar: 解压压缩包 1.3.12 diff: 比较文件 1.3.13 cat: 打印文件内容 1.3.14 grep: 在(多个)file中搜索 1.4 File, Directory, Path 1.4.1 Current directory . 1.4.2 Absolute & Relative Path(绝对&相对路径) 1.4.3 Parent directory .. 1.4.4 Home directory ~ 1.4.5 Root directory / 1.4.6 Glob * 1.5 Redirection 1.5.1 Pipe |: 1.5.2 Input redirection <: 用文件作为程序输入 1.5.3 Output redirection >: 储存程序的输出 1.6 Useful Tips 1.6.1 clear: clear the terminal 1.6.2 Tab complete 1.6.3 ↑和↓ 1.6.4 Customize prompt: prompt改颜色 1.7 Shell Scripting(脚本) 1.7.1 Creating a shell script 1.7.2 Adding an executable bit 1.7.3 注意事项 2 IDEs 2.1 VScode for Mac & WSL/Linux 2.1.1 Installation and Project Basis 2.1.1.1 Downloading VSCode for Mac 2.1.1.2 Create a project and open it with VSCode 2.1.1.3 Create new files 创造新文件 2.1.1.4 Downloading from Internet and adding existing files 下载文件与添加现有文件 2.1.1.5 Rename Files 文件重命名 2.1.2 Compile and Run: 配置 launch.json 文件 2.1.2.1 Create .exe file 2.1.2.2 Create and edit launch.json 2.1.2.3 Run Project 2.1.2.4 Configure input redirection 输入重定向文件的权限 2.1.2.5 Arguments and options 2.2 XCode on Mac 2.2.1 Installation and Project Basis 2.2.1.1 创建并打开project 2.2.1.2 移动自动生成的 main.cpp 2.2.1.3 Add new files 2.2.1.4 下载文件与添加existing files 2.2.2 Compile and Run 2.2.2.1 Include Files in a Build 2.2.2.2 Edit Scheme 方案 2.2.2.3 Input Redirection 输入重定向 2.2.2.4 Arguments and options 2.3 Visual Studio on Windows 2.3.1.1 创建并打开project 2.3.1.2 Rename main.cpp file 2.3.1.3 Add new files 添加新文件 2.3.1.4 Downing and Adding Existing Files 2.3.1.5 Rename Files 重命名 2.3.2 Compile and Run 2.3.2.1 Exclude files from build 2.3.2.2 Run project 2.3.2.3 Input redirection 输出重定向 2.3.2.4 Arguments and options 2.4 Troubleshooting 2.4.1 VSCode 2.4.1.1 Reset 2.4.1.2 Compile and run 2.4.1.3 Intllisense C++ Standard 2.4.1.4 C/C++ extension alternatives 2.4.2 Xcode 2.4.3 Visual Studio 3 C++ Compilation (Makefiles) 3.1 MakeFile 语法规则 3.2 Variable 变量 3.3 Example 3.3.1 Source files 3.3.2 command line compilation 3.3.3 Makefile compilation 4 Debuggers 4.1 Debugging Basis 4.1.1 Breakpoint 设置间断点 4.1.2 Step over 运行一行 4.1.3 Inspect 查看变量 4.1.4 Step Into/Out 查看源码 4.1.5 Continue 快进到下一个间断点 4.2 Debug Console 4.3 Address Sanitizer 地址检查器 4.3.1 Leak Checking 4.4 Assertions 4.5 Command-Line Debuggers(gbd,lldb) 4.5.1 CL Debugging 命令 4.5.2 Input Redirection 4.5.3 Arguments and optins 4.6 More Pro Tips for debugging 4.6.1 Debug Logging 额外输出 4.6.2 Conditional Breakpoint 5 Version Control 5.1 Github Authentication 验证 5.1.1 SSH Keys 5.1.2 Personal Acces Token 5.2 Create a local repository 5.2.1 给 directory 添加一个 .gitignore 文件 5.2.2 Initialize repo 5.2.3 添加 existing files to version control 5.3 创建 remote repo 及 connect local reop to remote 5.4 Daily work flow with version control 5.5 Version Control For a Team 5.5.1 添加 Collaborator 5.5.2 解决 Conflict 5.5.3 rejected pushes 5.6 注意事项 5.6.1 添加 commit 时的文字备注 5.6.2 README.md 文件 5.6.3 看 commit 的内容 5.6.4 删库 8 Text Editors 8.1 Installation and Start & Quit 8.1.1 安装 emacs 8.1.2 启动 emacs 8.1.3 Short-cut 保存与关闭 emacs 8.2 Customize Key binding 自定义按键 8.2.1 Basic: 编辑 init 文件 8.2.2 重置所有configuration 8.2.3 直接在 Emac 中创建文件 8.3 Pro-tips 8.3.1 Auto-Complete 8.3.2 Company Mode 8.3.3 添加 Emacs Shortcut term 8.3.4 Editing remotely with TRAMP 8.3.5 Text-only mode 7 Foundations 7.1 Machine Model 机器模型 7.1.1 Storage Duration 7.1.2 Reference sematics and Value sematics 引用语义与值语义 7.1.3 Compile time 和 Runtime 7.2 Function Calls and the Call Stack 7.2.1 Activation Record and stack 激活记录与栈 7.2.2 Function Call 的过程 7.2.3 Activation Record (Stack Frame) 的运行例 7.2.4 pass-by-reference function 的 stack frame 运行例 7.3 Procedural Abstraction 过程抽象化 7.3.1 Interfaces 和 implementations 7.4 Unit Testing 7.4.1 Testing 的类型 7.4.2 Test Cases 的类型 7.4.3 Unit-Test Framework 教程 7.4.4 Framework macro提供的特殊 Assert 函数题外话1：using namespace 题外话2: address 的 number system 8 Pointer and Array 8.1 Pointer 指针 8.1.1 Pointer Type 指针变量类型 8.1.2 Dereference Operator(*) 解引用符号 8.1.3 Pointer Type 的用处 8.1.4 nullptr (空指针) 8.1.5 Pointer 型函数 8.1.6 Pass-by-Pointer 的函数 8.2 Array 8.2.1 Kinds of objects in C++ 8.2.2 Array Decay into pointer 8.2.3 Array Decay 的本质: [] 是一个复合运算符, == *() 8.2.4 Array 型 object 的本质 8.2.5 = 赋值运算符的返回值: 为什么 array 型 object 不允许 8.2.5.1 然而 class 型 object 即 class 和 struct 是允许这么做的 8.2.5.2 Array Decay 在 function parameter 中 8.2.5.3 [] 的定义: 其实不局限于 array 中 8.3 Pointer Arithmetic 8.3.1 sizeof() operator 8.3.2 Pointer Offset: ptr + x 8.3.3 arr[i] (== i[arr]) 的定义 8.3.4 Pointer Difference: ptr1 - ptr2 8.3.5 Pointer Comparison 8.3.6 Traversal by Pointer 9 the const keyword and compound objects 9.1 const as type qualifier 9.1.1 const pointer 9.1.2 pointer-to-const 9.1.3 reference to const variables 9.1.4 const conversions 9.1.5 例子 9.1.6 const in function 9.1.6.1 const parameter 9.1.6.2 return const 9.1.6.3 把普通 ptr 传给参数是 const ptr 或 ptr-to-const 的函数 9.1.6.4 把 const variable 传给参数不是 const 的函数：error 10.1 Struct 10.1.1 Definition, Creating Instance and initialize 10.1.2 Member Access: . 10.1.3 添加 const 的 instance 10.1.4 指向 struct instance 的 ptr 10.1.5 使用pass-by-pointer 的 init 函数 10.1.6 -> 运算符 10.1.7 使用 assert() 来检查是否 respect interface 10.1.8 参数为 struct 的函数: parameter passing rules 10.1.9 Composing ADTs: Abstraction Layers 10.2 Dynamic Allocation 10.2.1 Heap (堆) 10.3.2 new 和 delete: 分配和释放 dynamic memory 11 C-style strings 11.1 C-style strings: 就是末尾自动加上 null \0 的 char array 11.1.1 如何 Define 一个 C-style string 11.1.2 用 pointer 来 initial C-style string: 必须 const 11.1.3 char value 的本质 11.2 cout 由 char array 名字 decay 形成的 char* 会 cout 整个 char array 而不是首元素地址 11.2.1 warning: 不要打印并非指向一个 C string 的 char* 型变量 11.3 题外话: Prefix(++x) vs. Postfix(x++) Increment 11.4 C-style strings 的 standard functions 11.4.1 Implementation of strcpy 11.4.2 C++ string 和 C string 的相互转换 11.4.3 strcmp(A, B) 11.5 Command Line Arguments 11.5.1 int main(int argc, char *argv[]) 的结构 11.5.1 如何把 command line arguments 里面的数字 c-string 转为 double 12.6.2 Caution when comparing elements of argv 12.6.3 综合使用例 12 Streams and I/O 12.1 stdin/stdout 12.1.1 input/Output Redirection 输入/出重定向 12.1.2 Makefile 通过 redirection 实现 regression test 12.1.3 Pipelines 12.2 Exit Codes in C++ Programs 12.3 file I/O with streams: fstream 12.3.1 使用 stream 型 objects 打开一个文件 12.3.1.2 如何追加而非覆盖文件内容 12.4 Stream Input/Output 12.4.1 如果判断 stream operation 是否成功 12.4.2 Mixing << and getline() 12.4.3 function 中的 stream parameters 12.5 Stringstreams 13 ADT in C++ 13.1 Class Declaration 13.1.1 前情提要: class 型的 object 可以使用 = 赋值 13.2 Calling a member function 13.2.1 自动创建的 this 作为指针变量 13.2.2 const function 13.2.3 this 不仅可以 -> member variable 还可以 -> member function 13.2.4 const 配对: const 的 object 不能使用非 const 的 member function 13.2.5 参数包含其他同 class object 的 member function 13.2.6 不使用 this implement member function: compiler 自动补全 13.3 Member Accessibility (或称 visibility) 13.4 Initialization 13.4.1 使用 member initializer list 的 Constructors 13.4.2 多个 Constructors 13.4.3 Classes 作为 members 13.4.4 Check Invariants 14 Derived Classes and Inheritance 14.1 Derived Classes 14.1.1 自动 inherit 14.1.2 添加 member variables 和 member functions 14.1.3 添加 Derived Class 自己的 check invariant 14.1.4 Derived Class 无法 assess Base Class 中的 Private members 14.1.5 keyword: protected 表示子类能够 access 的父类 private member 14.1.6 Scope resoluton operator :: 14.2 Enums 14.3 Derived class constructor 14.3.1 Derived class 的 Constructor 会在 initializer list 中自动调用 Base Class 的 default constructor 14.3.2 通过 base class 非default constructor 来制作 derived class 的 default constructor 的 member initializer list 14.4 在 Derived Class 中 override base class 的 member functions 14.4.1 Override 和 Overload 的区别 14.4.2 UML(unified modeling language) diagram 15 Polymorphism 题外话1: auto type 题外话2: vectors 15.1 Static type 和 Dynamic type 15.1.1 Static type 15.1.2 Dynamic type: 由 derived classes 导致的 runtime type 15.1.3 Static Binding 15.1.4 Virtual function and Dynamic Binding 15.2 Abstract Classes 15.2.1 Pure virtual function 纯虚函数 15.2.2 Abstract class 抽象类 15.2.3 将 Abstract Class 的 ptr 或 ref 变量作为函数参数 15.2.4 Pure Abstract Class 15.3 容纳 different derived classes 的 ptr/ref 的 container 15.4 Upcasting 和 Downcasting 15.4.1 Upcasting 15.4.2 Downcasting 15.4.3 不要这样使用 dynamic_cast 16 Container ADT 16.1 Write a container ADT example: set 16.1.1 Static member variables 16.1.2 private helper function 16.2 Operator overloading 16.3 Template: generic programming 16.3.1 Template Notation 16.4 注意事项 16.4.1 template class 的 declarations 和 definitions 必须在同一个文件 16.4.2 Include Guards 17 Container ADT II 17.1 Measuring the efficiency of an algorithm 17.1.1 binary search 17.1.2 binary search 的要求: orderd set 17.1.3 题外话: c++ 的 short-circuited && 17.1.4 Efficiency Comparison 17.2 Operator Overloading 17.3 main.cpp using using 17.4 其他事项 17.4.1 Static v.s. dynamic polymorphism 17.4.2 check_invariant 18 Memory model and Dynamic Memory 18.1 Global(Static), Local(automatic) and dynamic variables 18.1.1 Global(static) variables 18.1.2 Local (Automatic) variables 18.1.3 Dynamic variables 18.1.4 使用 dynamic variables 的原因 18.2 Dynamic Memory 的使用 18.2.1 new 18.2.2 delete 18.2.2.1 assert(nullptr) 18.2.3 Pitfall: double delete 是 undefined behavior 18.2.4 Pitfall: memory leak! 18.3 Program Segments 18.3.1 The little void 18.3.2 Text segment 18.3.3 Global segment 18.3.4 Heap segment 18.3.5 The BIG VOID(未使用区域) 以及 Stack 18.4 Dynamic arrays 18.4.1 delete[] 19 Managing Dynamic Memory 19.1 Building dynamic set with dynamic array 19.1.1 (题外话) constructor 的 default argument 19.1.2 Destructor 19.1.3 如果 class object 本身是 dynamic 的: destructor 会在 delete class object 时自动运行 19.1.4 RAII principle: Resource Acquisition is Initialization 19.2 更改其他 function implementations 以适应 dynamic set 19.2.1 insert 19.3 Performance of Set 题外话: garbage collection 和 smart pointer 20 Deep Copies and the Big Three 20.1 Copy Constructor 20.1.1 如何 declare 一个 copy ctor 20.1.2 default copy ctor 用以复制 dynamic set: shallow copy, 导致各种 memory error 20.1.3 写一个 custom version of copy ctor 以实现 deep copy 20.2 Assignment operator = 20.2.1 两种不同的 Copy: 使用 copy ctor 的 initialization 和使用 operator = 的 assignment 20.2.2 class default overloaded operator= 20.2.3 写一个 deep copy 的 customed overloaded operator= for a class 20.3 The Rule of The Big Three 20.3.1 the Big Three 的特点： 20.3.2 什么时候需要 custom Big Three 20.3.3 Custom the Big Three 的注意事项 21 Linked List 21.1 Sequential Container ADT 21.1.1 Array-based Sequential Container ADT: contiguously 存储 elements 21.1.2 Non-contiguously 存储 elements: 使用 node 21.2 Linked List 21.2.1 Based on chain of nodes 的 data structure 21.2.2 The IntList interface 21.2.3 Linked_List: Default Ctor 21.2.4 Linked_List: 获取最前方的 Node 上的值 21.2.5 Linked_List: push_front 在 list 首插入元素 21.2.6 Linked_List: pop_front 弹出 list 首元素 21.2.7 Linked_List: print 这个 list 21.2.8 Check the Big Three 21.2.8.1 Dtor: 即pop_all() 21.2.8.2 copy ctor 21.2.8.3 operator= 21.2.9 Linked_list: insert 在 index n 插入一个 element 21.3 Doubly Linked List 22 Iterator 22.1 List<type>::Iterator 22.1.1 Nested class Iterator: interface 22.1.2 Iterator 通过 overload operators 来模拟 ptr arithmetic 22.2 Iterator 的 implementations 22.2.1 Iterator 的 ctor List<T>::Iterator::Iterator(\*...*\) 22.2.2 对 List 初始化一个 iterator: 返回 Iterator的 member function 22.2.2.1 typename keyword 22.2.2.2 List<T> 的 begin 和 end function: return 一个相应位置的 Iterator 22.2.3 Iterator: * 的 overload 22.2.4 Iterator: ++ 的 overload 22.2.4.1 pre-increment evaluated: ++it 22.2.4.2 post-increment: it++ 22.2.5 Iterator: == 和 != 的 overload 22.3 check for the Big Three 以及使用 Iterator 22.3.1 check for the Big Three 22.3.2 完成并使用 Iterator 来 traverse 一个 linked list 22.3.3 Iterator Invalidation 22.3.4 Traversal 练习: Check for duplicates 23 Functors and Imposter Syndrome 23.1 template <typename Iter_type> 23.1.1 Exercise 23.2 function pointer 23.2.1 functor 的 declaration 和 assignment syntax 23.2.2 使用 function pointers 23.2.3 Advanced application: 把 function pointer 作为函数参数从而减少 code duplication 23.2.4 使用多个 template type 23.2.5 Acknowledgement: function pointer 在 C++ 中是一种 first-class object 23.3 Functors: 模拟 function 的行为 23.3.1 使用 template class 作为 Predicate 参数以适用任何 Functor 23.3.2 example 2 23.3.3 example 3 24 Recursion 24.1 如何写 Recursion 24.1.1 Some examples 24.1.2 ex2: 通过 recursion 查看 t 是否在 array 里 24.1.3 ex3: 判断 palindrome(回文数) 24.1.4 ex4: 倒转 array 24.1.5 Towers of Hanoi 汉诺塔 24.2 Tail Recursion: 获得 Constant Space Cost 24.2.1 Space Cost of Iteration && Recursion 24.2.2 Accumulator-Passing Style: 重写 Factorial 为 Tail Recursion 24.3 Structural Recursion 24.3.1 Recursion in Linked List 24.3.1.1 recursively 理解 linked list 的结构 24.3.1.2 recursively processing a linked list 24.3.2 另一种 ADT: tree 24.3.2.1 Tree 的 Data Representation 24.3.2.2 计算 Tree 的 size 24.3.2.3 计算 Tree 的 height 24.3.2.4 计算 Tree 的所有元素和 24.3.2.5 计算 Leaves 的数量 24.3.2.6 查看 tree 中是否有值为 val 的元素 24.3.2.7 Traverse 一个 tree 24.3.2.7.1 pre-order traversal 24.3.2.7.2 In-order traversal 24.3.2.7.3 Post-order traversal 24.3.2.8 Recursion 的类型 25 Binary Search Tree 25.1 BST 的定义及如何检测一个 tree 是否是 BST 25.1.1 Def of BST 25.1.2 Thm1: 如何 check 一棵 tree 是否是 BST 25.2 BST methods 25.2.1 BST max 25.2.2 BST contains 25.2.3 提一嘴: std::less<T> 25.2.4 BST interface 25.2.5 contains 及其 helper function contains_impl 25.3 Set ADT implemented with a BST 25.4 Another ADT: Map 25.4.1 Map 25.4.1.1 表示 key-value pair: std::pair 25.4.2 使用 BST 作为 map 的 data representation 25.4.3 应用: 使用 map 进行 Word Count 25.4.4 题外话: range-based loop 1. Array and Pointer 2. const keyword 3. struct (C-style-ADT) 4. Stream 和 C-string 5. class (C++-style-ADT) and derived class 6. Polymorphism 7. Container ADT

cs / cpp-programming

umich-eecs280-lec-notes-ch

知识图谱源文件 ↗

umich-eecs280-lec-notes-ch

23W-eecs-280, Lecture Notes taken by Rynne.

中英文混杂的笔记。

Official Course Website https://eecs280.org

Notes

01 Command Line Interface (CLI)
02 IDEs
03 Compilation (Makefile)
04 Debuggers
05 Version Control (git)
06 Text Editors (emacs)
07 Call Stack Procedural Abstraction and Unit Tests
08 Pointers and Arrays
09 const keyword
10 Compound objects, ADT and Dynamic Allocation
11 C strings
12 Stream and IO
13 ADT in C++
14 Derived Classes and Inheritance
15 Polymorphism
16 ContainerADT I
17 ContainerADT II
18 Memory Model and Dynamic Memory
19 Managing Dynamic Memory
20 Deep Copies and the Big Three
21 Linked List
22 Iterator
23 Functors and Imposter Syndrome
24 Recursion
25 BST and Maps
280 midterm cheatsheet

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